شیرهای کنترل

شیر کنترل احتمالاً مهمترین جزء یک سیستم توزیع سیال است زیرا جریان سیال را به فرآیند تحت کنترل تنظیم می کند. در سیستم های تهویه مطبوع، شیرهای کنترل عمدتاً برای کنترل جریان آب سرد، آب گرم و آب کندانسور موضوع این بخش استفاده می شود. کنترل سایر سیالات از جمله بخار، مبردها، گازها و روغن از بسیاری جهات مشابه هستند اما در اینجا به طور خاص به آنها پرداخته نمی شود زیرا آنها دارای الزامات خاصی برای طراحی از جمله مسائل ایمنی و سازگاری مواد هستند.

سبک ها و اصول عملیات

شکل 1. مدارهای شیر دو طرفه و سه طرفه ساده

با پیکربندی دو طرفه، جریان از طریق سیستم گردش خون متغیر است. در پیکربندی‌های سه‌طرفه، جریان از طریق حلقه‌ای که شامل پمپ است، نسبتاً ثابت می‌ماند و در حلقه حاوی سیم‌پیچ تغییر می‌کند. این برای سیستم‌هایی که در آن‌ها تامین گرما، معمولاً یک دیگ بخار، یا تامین سرمایش، معمولاً یک چیلر، نیاز به جریان ثابت دارد، به خوبی کار می‌کند. در سیستم های دیگر، ممکن است جریان ثابت در سیم پیچ مهم باشد، شاید برای جلوگیری از یخ زدگی. در این حالت پمپ می تواند در حلقه سیم پیچ باشد.

شیرهای کنترل معمولاً در سه سبک سوپاپ وجود دارند: گلوب، پروانه و توپ. دریچه‌های کره‌ای برای سال‌ها متداول‌ترین نوع شیر بوده‌اند، اما شیرهای توپی مشخص شده بسیار محبوب شده‌اند و شروع به تبدیل شدن به بخش مهمی از بازار کار کرده‌اند. کمتر از 2 اینچ، آنها معمولاً اتصالات عرق (لحیم شده) یا پیچ دارند، در حالی که بالاتر از 2 اینچ معمولاً فلنج هستند.

بدنه به هر شکلی مناسب به سیستم لوله کشی متصل می شود (پیچ، فلنج، جوش، لحیم کاری و غیره) اما مهم است که اتصالات یا چیزی شبیه به آن در نظر گرفته شود تا شیر به راحتی برای تعمیر یا خارج شود.جایگزینی مطمئن شوید جهت جریان با فلش روی بدنه شیر درست است. شیرهای سرویس (دستی) باید برای جداسازی شیرهای کنترلی یا زیرسیستم های لوله کشی ارائه شوند.

محرکی که برای بلند کردن میل سوپاپ در صورت افت توان همراه با شیر گلوب نشان داده شده درشکل 2یک مجموعه دریچه به طور معمول باز تولید می کند. هنگامی که برق از محرک قطع شود، شیر باز است.

شکل ها نشان می دهد که جریان از طریق شیر باید در جهت نشان داده شده توسط فلش ​​رخ دهد. تمام شیرهای کنترل دارای یک فلش هستند که به داخل آن پرتاب می شودخارج از بدن برای نشان دادن جهت جریان. دلیل این امر به شرح زیر است: در هر اتصال بین موتور و میل سوپاپ مقداری سستی و کمی حرکت آزاد میل سوپاپ وجود خواهد داشت. هنگامی که جریان در جهت صحیح رخ می دهد، فشار سرعت سیال و فشار دیفرانسیل سیال در سراسر شیر تمایل به باز کردن دریچه دارند. بنابراین، موتور باید محکم فشار دهد تا آن را ببندد و هر حرکت آزاد را بگیرد. اگر جریان در جهت اشتباه انجام شود، فشار سرعت تمایل به بستن دریچه دارد (فشار به سمت پایین بالای دوشاخه شیر به داخلشکل 2). هنگامی که سوپاپ به سمت موقعیت بسته خود حرکت می کند، فشار ممکن است برای فشار دادن دوشاخه به موقعیت بسته کافی باشد و از حرکت آزاد یا شلی میل سوپاپ استفاده کند. هنگامی که این اتفاق می افتد، جریان متوقف می شود، سپس جزء فشار سرعت ناپدید می شود، و حرکت آزاد اجازه می دهد تا دریچه باز شود. جریان شروع می شود، مولفه سرعت دوباره ظاهر می شود و چرخه به طور نامحدود تکرار می شود. هر بار که جریان متوقف و شروع می شود، نیروی اینرسی سیال در لوله باعث ایجاد شوکی می شود که به آن می گویندچکش آب. علاوه بر پر سر و صدا بودن و آزاردهنده بودن می تواند باعث خرابی سیستم لوله کشی شود. بنابراین، مهم است که هرگز یک شیر کنترل را به عقب نصب نکنید.

همانطور که دوشاخه به آخرین افزایش کوچک بسته شدن خود می رسد تا زمانی که کاملاً بسته شود، جریان بسیار سریع کاهش می یابد. این حداقل دبی درست قبل از بسته شدن تابعی از ساختار فیزیکی شیر، دوشاخه و نشیمنگاه است. نسبت حداقل نرخ به حداکثر نرخ در افت فشار یکسان در سراسر شیر، توانایی برد یا نسبت پایین آمدن نامیده می شود. برای یک شیر کنترل معمولی تهویه مطبوع، این نسبت حدود 20:1 خواهد بود، که معادل دبی 5 درصدی است که دریچه به سختی ترک خورده است. این معمولاً برای کارهای کنترل HVAC کافی است. شیرهایی با نسبت بزرگتر در دسترس هستند اما گرانتر هستند.

دریچه های توپ با یک "شاخه مشخص" می توانند در برخی از برنامه های معمولی کنترل تهویه مطبوع همانطور که در تصویر نشان داده شده است استفاده شوند.شکل 13.

استفاده از شیرهای دو طرفه مزایای زیادی نسبت به شیرهای سه طرفه دارد، از جمله:

خرید و نصب شیر هزینه کمتری دارد. این تا حدی توسط محرک ها جبران می شود که معمولاً به دلیل فشار دیفرانسیل بالاتر در شیر، هزینه بیشتری دارند.

دریچه های دو طرفه منجر به جریان متغیر می شوند که انرژی پمپاژ را کاهش می دهد. این امر به ویژه زمانی صادق است که از درایوهای سرعت متغیر در پمپ ها استفاده شود.

تلفات حرارتی لوله‌کشی و همچنین انرژی پمپ را می‌توان با استفاده از شیر برای قطع جریان به کویل‌های غیرفعال در حین سرو کویل‌های فعال کاهش داد. این یک مزیت زمانی است که یک کارخانه مرکزی به تعداد زیادی کویل که در برنامه های مختلف کار می کنند خدمات می دهد.

تنوع در بار ممکن است هنگام اندازه‌گیری سیستم‌های پمپاژ و توزیع در نظر گرفته شود که به طور بالقوه هزینه‌های آنها را کاهش می‌دهد.

نیاز به جریان های متعادل کننده سیستم در بیشتر کاربردها کاهش یافته یا حذف می شود. از آنجایی که شیرها فقط به اندازه نیاز بار از آب سرد یا گرم استفاده می کنند، سیستم شیر دو طرفه در شرایط عملیاتی عادی خود متعادل می شود. در شیرهای سه طرفه، جریان از طریق مدار همیشه (از طریق سیم پیچ یا بای پس) اتفاق می افتد، بنابراین جریان باید متعادل باشد تا اطمینان حاصل شود که جریان مورد نیاز به هر سیم پیچ تحویل داده می شود.

از طرف دیگر استفاده از شیرهای دو طرفه می تواند معایبی داشته باشد:

برخی از چیلرها و بویلرها نمی توانند دبی های مختلف را تحمل کنند. استفاده از شیرهای سه طرفه به جای شیرهای دو طرفه یکی از راه های حل این مشکل است. (شیرهای دو طرفه ممکن است هنوز در سیم پیچ ها استفاده شوند، اما ابزارهای دیگری برای حفظ جریان از طریق تجهیزات باید در نظر گرفته شود، مانند یک بای پس تحت فشار، VSD، یا یک سیستم پمپاژ اولیه/ثانویه. خواننده بهراهنمای ASHRAE – سیستم ها و تجهیزات HVACو منابع دیگر برای اطلاعات بیشتر در مورد این طرح های جایگزین.)

شیرهای دو طرفه باعث افزایش فشار دیفرانسیل در شیرهای کنترل می شوند، به ویژه هنگامی که پمپ ها کنترل نشده باشند. این امر کنترل پذیری سیستم را کاهش می دهد و حتی ممکن است باعث شود که دریچه ها به اجبار در اثر فشار آب باز شوند. محرک‌ها معمولاً اندازه‌های بزرگ‌تری دارند تا بتوانند فشارهای بسته‌شده بسیار بزرگ‌تر را کنترل کنند.

به دلیل مزایایی که ارائه می دهند، استفاده از شیرهای دو طرفه به طور کلی توصیه می شود که با طراحی بای پس یا VSD مناسب استفاده می شود، به ویژه برای سیستم های بزرگ که مزایای انرژی و هزینه اول آنها قابل توجه است. اما طراحی سیستم و انتخاب سوپاپ (که در قسمت بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت) باید بتواند این دو نقطه ضعف را کاهش دهد تا سیستم بتواند با موفقیت کار کند.